叉車(chē)柴油機(jī)的廢氣排放控制裝置

袁立春 俞鋒雷 傅黎烽

摘要：柴油叉車(chē)在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多的有害氣體、顆粒物以及硫化物。本文會(huì)介紹廢氣的影響因素以及怎么進(jìn)行控制和排氣后處理。

關(guān)鍵詞：柴油叉車(chē);廢氣排放;排放處理

0? 引言

柴油叉車(chē)使用過(guò)程中產(chǎn)生的有害成分不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)嚴(yán)重危害人體健康，所以，必須進(jìn)行廢氣的排放控制。

1? 柴油機(jī)發(fā)展和排放法規(guī)

1.1 市場(chǎng)需求發(fā)展

柴油機(jī)在大型車(chē)輛中應(yīng)用廣泛，此外非道路車(chē)輛中也有柴油機(jī)應(yīng)用的身影。近年來(lái)，汽油價(jià)格上漲明顯，這使得較多消費(fèi)者改用柴油，以柴油作為動(dòng)力燃料的客車(chē)和卡車(chē)數(shù)量增多，這導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)柴油機(jī)的需求增加。

1.2 排放政策法規(guī)

為降低柴油機(jī)排放污染，國(guó)家對(duì)柴油機(jī)排放的顆粒物進(jìn)行限值管理，要求在柴油機(jī)中使用顆粒物過(guò)濾器，確保廢氣排放滿足此限制標(biāo)準(zhǔn)。

2? 影響柴油機(jī)廢氣污染的主要因素

2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)于柴油機(jī)污染具有較大影響，當(dāng)進(jìn)氣系統(tǒng)空氣濾清器堵塞或進(jìn)氣管污染時(shí)，不僅會(huì)降低氣缸進(jìn)氣壓力，而且會(huì)使得渦流強(qiáng)度降低;在連鎖反應(yīng)作用下，其會(huì)造成嚴(yán)重的進(jìn)氣不足問(wèn)題;同時(shí)受混合氣過(guò)濃、燃油噴注心部缺氧等問(wèn)題的影響，柴油機(jī)燃燒會(huì)處于不完全燃燒狀態(tài)，而這會(huì)導(dǎo)致HC和CO的排量增加;此外，當(dāng)混合氣不完全燃燒時(shí)，會(huì)進(jìn)一步凝聚變大，并轉(zhuǎn)化為碳煙排出，由此形成柴油機(jī)廢氣污染。需注意的是，在進(jìn)氣系統(tǒng)運(yùn)作中，配氣機(jī)構(gòu)的排氣門(mén)關(guān)閉過(guò)早、進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟過(guò)遲等因素也會(huì)使得氣缸廢氣增加，這些廢氣會(huì)制約混合其著火，極易形成CO和碳煙等污染物。

2.2 燃油系統(tǒng)

柴油機(jī)燃油系統(tǒng)管理中，不僅要注重噴油定時(shí)管理，而且需要對(duì)噴油壓力和霧化質(zhì)量等因素進(jìn)行全面控制，以此來(lái)確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。需注意的是，當(dāng)供油提前角過(guò)大或者過(guò)小時(shí)，都會(huì)使得氣缸的壓力和溫度受到影響，影響燃油效率和質(zhì)量，并形成一定的燃油廢氣污染。

2.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障造成柴油機(jī)混合氣體泄漏，從而間接生成HC，引發(fā)空氣污染。實(shí)踐中，活塞磨損過(guò)度、活塞環(huán)結(jié)膠卡死是曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障的兩種形態(tài)。當(dāng)該裝置故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下影響：其一，受曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障影響，缸體壓力降低，這使得熄火區(qū)范圍加寬;其二，該故障會(huì)導(dǎo)致曲軸箱通風(fēng)不暢，而廢氣在缸內(nèi)內(nèi)部的聚集，會(huì)使得機(jī)油變質(zhì)，同時(shí)在一定程度上，其會(huì)使得機(jī)油竄進(jìn)燃燒室，并燃燒產(chǎn)生藍(lán)煙，這些藍(lán)煙不僅影響氣缸使用壽命，而且對(duì)空氣造成較大污染。

2.4 冷卻系統(tǒng)

柴油機(jī)廢氣污染還受冷卻系統(tǒng)的直接影響，當(dāng)冷卻系統(tǒng)降溫不符設(shè)備操作控制標(biāo)準(zhǔn)是，會(huì)使得進(jìn)氣溫度升高，當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，自身的密度會(huì)有所降低，這會(huì)造成缸內(nèi)燃油不完全燃燒，進(jìn)而產(chǎn)生HC和碳煙污染。

2.5 轉(zhuǎn)速與負(fù)荷

為滿足動(dòng)力控制需要，柴油機(jī)在運(yùn)作時(shí)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后的燃燒具有一定滯后性，這會(huì)導(dǎo)致排氣溫度升高，并造成熱氣損失，最終形成黑煙污染。此外，柴油機(jī)的負(fù)荷決定了實(shí)際的供油量，當(dāng)車(chē)輛負(fù)荷增加時(shí)，其給油量會(huì)相應(yīng)的增多，較大規(guī)模的給油會(huì)形成燃料不完全燃燒問(wèn)題，并造成黑煙污染。

3? 柴油機(jī)廢氣污染的控制策略

3.1 改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化中，廢氣渦輪增壓和多氣門(mén)技術(shù)的應(yīng)用較為普遍。就廢氣渦輪增壓而言，其能顯著提升空氣供給量，確保柴油完全燃燒，并減少燃?xì)夂蟮腃O和HC排量;而在多氣門(mén)技術(shù)應(yīng)用中，柴油機(jī)進(jìn)排氣門(mén)總通流面積會(huì)有所增加，這大大提升了系統(tǒng)的充氣效率，隨后通過(guò)多孔油束平均分部管理，所形成混合氣的質(zhì)量會(huì)更加突出，碳煙顆粒數(shù)目也會(huì)急劇減少，從而達(dá)到了廢氣污染控制的目的。

3.2 改進(jìn)燃燒方式

混合燃燒以及擴(kuò)散燃燒是柴油機(jī)燃燒的兩種基本形態(tài);而廢氣污染問(wèn)題多和柴油機(jī)擴(kuò)散燃燒有關(guān)。具體而言，擴(kuò)散燃燒的溫度較高，這使得NO的生成量較大，實(shí)際處理中，需通過(guò)均勻混合氣的方式實(shí)現(xiàn)燃燒方式的不斷優(yōu)化。以往的試驗(yàn)證明，采用均勻混合氣體的燃燒方式消除了擴(kuò)散燃燒，使它比一般柴油機(jī)NO排放降低了98%。

3.3 改進(jìn)燃油噴射

3.3.1 推遲噴油并提高噴油壓力

動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是柴油機(jī)燃油噴射控制所需要考慮的兩個(gè)基本要素。實(shí)踐中，應(yīng)盡可能的將噴油時(shí)刻推遲，這樣能是平衡初期噴油與上止點(diǎn)關(guān)系，達(dá)到控制NOx排量的目的。所不足之處在于該方式會(huì)使得CO和HO排量有所增加，同時(shí)燃油消耗大。對(duì)此，使用高壓噴射的方式進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，該技術(shù)能提升噴油壓力，保證噴油速度，這對(duì)于PM排量控制和燃油消耗控制具有突出作用。

3.3.2 先導(dǎo)噴射和多次噴射

采用先導(dǎo)噴射和多次噴射兩種方式，能有效降低NOx排量，控制噪音污染。這兩種方法應(yīng)用中，應(yīng)就主噴射過(guò)程進(jìn)行控制，進(jìn)入主噴射之前，應(yīng)注意先導(dǎo)噴射的技術(shù)要點(diǎn)，減少燃油噴量，而在進(jìn)入主噴射后，構(gòu)建先導(dǎo)噴射+多次噴射的主噴射方式，提升噴油速率和壓力，保證柴油機(jī)使用的緊急性和動(dòng)力性良好。

4? 柴油機(jī)廢氣過(guò)濾解決方案

4.1 柴油機(jī)排放后廢氣去除系統(tǒng)

4.1.1 去除NO和NOx

柴油機(jī)使用中，增設(shè)選擇性催化系統(tǒng)，并在柴油機(jī)噴射煙氣中增加尿素或者氨水，則NOx的排量會(huì)下降60～90%。需注意的是，這種方法對(duì)儲(chǔ)存空間要求高，在大型發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用較為廣泛。此外，采用細(xì)長(zhǎng)的NOx催化器時(shí)，其在廢氣中噴射的主要成分是柴油。

4.1.2 碳?xì)浠衔锱cCO的去除

柴油機(jī)催化氧化轉(zhuǎn)化器具有強(qiáng)大的污染氣體氧化降解作用，其能將NOx和有毒有害氣體納入進(jìn)氣系統(tǒng)，最終通過(guò)再次燃燒的方式減少?gòu)U氣中的污染物，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境的有效保護(hù)。

4.2 柴油機(jī)廢氣過(guò)濾設(shè)備

4.2.1 柴油機(jī)顆粒物過(guò)濾

柴油機(jī)顆粒物排放控制中，不僅可以使用微粒過(guò)濾器，同時(shí)還可以為設(shè)備配置異型性過(guò)濾元件，這些設(shè)備可以物理捕獲和氧化顆粒物，然后通過(guò)加熱再生連續(xù)或者定期的從過(guò)濾器中移走。需注意的是，出于經(jīng)濟(jì)效益考慮，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商在生產(chǎn)中會(huì)不斷的提升發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作效率，這使得設(shè)備本身過(guò)濾顆粒物的性能提升，故而采用一次性過(guò)濾器，其保證設(shè)備使用的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2.2 過(guò)濾器使用的濾材現(xiàn)狀

柴油機(jī)微粒過(guò)濾器中的過(guò)濾材料具有多樣性的特點(diǎn)，除陶瓷塊、陶瓷泡沫材料為，合成纖維、金屬網(wǎng)等金屬纖維材料也可應(yīng)用于微粒過(guò)濾器。從材料特定來(lái)看，這些材料的使用不均具有耐高溫、耐熱應(yīng)變、耐熱收縮能力，而且在過(guò)濾、煙塵容納方面效果突出，此外，其能和再生工藝進(jìn)行融合，有效地保證了過(guò)濾器的使用效率。目前，陶瓷過(guò)濾器和一次性紙質(zhì)過(guò)濾器是過(guò)濾器使用的兩種常見(jiàn)形態(tài)，應(yīng)結(jié)合過(guò)濾器材質(zhì)特點(diǎn)和數(shù)量微粒情況，合理的選擇過(guò)濾器使用類(lèi)型。

4.2.3 陶瓷過(guò)濾器

就柴油機(jī)陶瓷過(guò)濾器而言，壁流式蜂窩陶瓷微粒捕集器的應(yīng)用較為廣泛。有研究表明，在柴油汽車(chē)中，超過(guò)70%的車(chē)輛使用此類(lèi)過(guò)濾器。在實(shí)際過(guò)濾中，其采用堇青石或者金剛砂材料，按照交替分布的形式堵在陶瓷過(guò)濾器兩端，然后將其設(shè)置在廢氣經(jīng)過(guò)的位置，則廢氣就會(huì)被迫通過(guò)多孔的墻壁，進(jìn)而達(dá)到廢氣凈化的目的。從應(yīng)用效果來(lái)看，堇青石或者金剛砂本身具有較高的耐溫性和機(jī)械強(qiáng)度，使用時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)其能有效減少?gòu)U氣中的顆粒物，過(guò)濾性能突出。此外，為此類(lèi)功率器配置催化劑，還可實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)煙氣再生利用的目的。需注意的是，此類(lèi)過(guò)濾器具有較大的熱膨脹系數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用還需進(jìn)行過(guò)濾器使用工藝的進(jìn)一步優(yōu)化。

4.2.4 一次性紙質(zhì)過(guò)濾器

大多數(shù)一次性紙質(zhì)過(guò)濾器都是折成褶狀的濾筒，其過(guò)濾效果突出，過(guò)濾有效率可達(dá)到100%，需注意的是，一次性紙質(zhì)過(guò)濾器使用時(shí)，其最高溫度應(yīng)控制在120℃以?xún)?nèi)，為滿足實(shí)際應(yīng)用需要，采用一次性紙質(zhì)過(guò)濾器的車(chē)輛還應(yīng)隨著配置冷卻器。通常，一次性紙質(zhì)過(guò)濾器的設(shè)計(jì)壽命最多三次。這種紙質(zhì)過(guò)濾器中還存在可以回收的產(chǎn)品，它的材料一般使用合成纖維和陶瓷纖維混合，最高使用溫度可以達(dá)到200℃。

5? 結(jié)語(yǔ)

叉車(chē)柴油氣廢氣污染受多種因素影響，實(shí)際運(yùn)作中，應(yīng)考慮叉車(chē)使用條件和方法等因素，然后結(jié)合柴油機(jī)運(yùn)作原理和廢氣產(chǎn)生影響因素，進(jìn)行各單元的全面優(yōu)化和管理，才能在保證柴油機(jī)動(dòng)力控制需要的同時(shí)，確保其廢氣排放滿足國(guó)家的環(huán)保規(guī)定。

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